Research Achievement

Research Achievement研究成果

《从普适到定制 ——中德既有住宅改造对比》

2017-07-21


《从普适到定制

——中德既有住宅改造对比》

From Pervasiveness to Customization

Comparison of Existing Residential Transformation between China and Germany

撰文 何利文 中国建筑设计咨询有限公司绿色建筑设计研究院

摘 要:以德国林特海姆居住区既有住宅改造为例,对比分析中、德两国既有建筑改造中现存的问题,并提出解决建议。

关键词 : 住宅改造 分步式升级 节能


既有建筑改造,尤其是老旧住宅小区的综合改造,已经成为下一步国家发展的战略工程。以北京市为例,自2012年开始推进,已经完成了城区所有住宅的抗震加固改造和1990年以前住宅的节能保温改造。下一步将以1990年后住宅改造为主,逐步达到《北京市居住建筑节能设计标准》中节能75%的要求。


1以北京为代表的既有居住建筑改造现状及问题

既有建筑改造的复杂性和难度远大于新建建筑。在北京市,虽然已经进行了多种尝试,但改造的设计针对性不强,所解决的问题也仅局限于满足节能指标。基于此,在指导原则上尚有余地可以探讨。

1.1进一步提升改造的规划性、系统性

北京市自1980年开始实行住宅通用设计采暖能耗基准。根据我国国家标准要求,到2004年实现节能50%,到2006年实现节能65%,到2012年部分省市实现节能75%。根据暴露的问题和我国社会实际情况做出相应调整,但并未形成明确的长期规划。

2007年,德国成为欧盟轮值主席国。为响应节能要求,于2010年提出能源方案,确定了德国的节能总目标(2010年能源方案),即能源生产率平均提高2.1%:到2020年,CO2排放量减少40%(以1990年为基准),用电量减少10%(以2008年为基准),一次能源消耗量减少20%(以2008年为基准);至2050年,CO2排放量减少80%(以1990年为基准),用电量减少25%(以2008年为基准),一次能源消耗量减少50%(以2008年为基准)。

实施战略如图1所示,改造率的要求为:突出公共机构(尤其是中央政府)建筑的模范性质,年改造率为3%(目前德国住宅改造率为1%),考虑资本的同时逐年将先进技术应用于改造项目中实现其作为研究载体的功能。相比之下,北京市要求3年内达到改造率100%的要求显然与科学规划原理不符,容易忽视居住建筑个性化设计,导致改造成果千篇一律。


                                                            图1:室内采暖能源需求的发展状况(单位:kW•h/m2

1.2应增强政策法规的专项支持

2013年,我国住房城乡建设部发布了《既有居住建筑节能改造建筑规程》,2015年又出台了《既有建筑绿色改造评价标准》,在设计规范上形成了政策支持。但未明确具体的执行要求,例如,是否任何存量建筑都可以列为改造项目;原有建筑设计承载负荷是否有条件加层;楼间距多少米以上可以实施加梯、加层改造等。以北京地区的节能改造为例,改造部分执行的标准也不统一,分为北京市属标准和央属标准。未能做到物尽其用,没有将改造成果一次性落实到位。

既有建筑改造涉及投资、建设管理、规划管理、房屋产权管理,以及环境保护、绿化、卫生、消防等多个部门,需要相关部门协调支持,达成共识。例如,加层、加梯改造的项目就涉及到土地管理二次开发、房屋管理中的产权登记、容积率、建筑间距、电梯费收取和大修资金等一系列问题。政策支持是选择可应用技术的前提条件,可以使改造设计更具全面性和前瞻性。

1.3增加节能以外的可预期性改造要求

目前我国正步入老龄化社会,养老方式主要为居家养老、机构养老及社区养老等形式,其中居家养老占96%,机构养老占3%,社区养老仅占1%。解决老龄化问题、奠定社区养老的基础,成为下一步住区改造要解决的主要问题。电梯标准化研究和适老环境整改应加入到改造内容之中;社区停车可以考虑在可控范围内加层、增加车库,这些也应列入下一步的改造研究问题中。同时,应根据不同住区的实际情况增加相应项目,实现定制化设计。

1.4住宅产业化与建筑改造的结合

装配式装修是住宅产业化发展进程中的重要内容,也是工业化住宅的重要组成部分。目前内装标准化的推广主要集中在经济适用房和两限房的建设中,适用技术集成主要采用日本SI体系,如整体厨房、整体卫浴、模块地暖、架空地板、收纳空间、成品木门、高效节能窗、洗衣机防水盘、户式中央空调、户式新风、太阳能与建筑一体化设施等,进一步在住区改造中推进尚存在如下问题。

1.4.1工业化部品缺乏,且各类部品缺乏统一的部品类标准

各企业针对目标市场建立自己的部品分类标准,逐步完善各部品的使用,形成企业动态数据库,并指导研发新产品。万科在2001年就实施了部品战略采购,完成建立部品库的前期准备工作,2007年已成为企业联盟型国家住宅产业化基地,并建立了部品供应商分会,分会中有万科的分类标准(PC结构、轻钢结构、围护系统、内装设备等)。另外,诸如海尔家居、远大集团等国家住宅产业化基地企业都在着手建立自己的工业化部品库。但因种种原因,并未形成统一的标准。

1.4.2装配式工法体系不完善

装配式装修的另一个关键环节是装配式施工。施工工艺的转变需要重新培养技术工人,施工管理应建立包括安装全过程在内的质量管理体系。这个过程需要有资本的企业来完成,与目前装修市场的工作体系相去甚远。

1.5目前国内改造普适性的成因分析

1.5.1 改造主体因素

根据实际情况,老旧房除特定单位属性外,均已出售给个人。根据国家政策,由政府(非使用者)提出改造要求并成为主体,所以从任务书上则直接体现出国家要求节能的硬性指标。例如,直接说明改造委托内容:外墙外保温、更换外窗、屋面保温和楼门节能改造等。

1.5.2 改造政策因素

对立面的改造要经过规划等部门的审批。例如,因加梯、加层造成的面积、高度、间距的改动会对主体结构造成压力,体现在任务书中多为:要求本工程为节能改造工程,不对现状立面进行大改动,仅增加保温层,甚至要求现有空调室外机必须按原位拆装。

1.5.3 住户沟通因素

政府与住户、设计方与住户,甚至住户之间普遍缺乏沟通,在改造内容上难以达成共识。在物业费的征收、改造时长、户内改造等方面问题比较集中。例如,户内散热器安装的热分配表均采用双传感器电子式热分配表,楼栋热量表应采用超声波热量表、安装两通型散热器温控阀等基本措施都难以实现。


2国外相关项目对比研究

对比以上国内住区改造的问题,以德国巴登符腾堡州卡尔斯鲁厄市林特海姆居民区改造为例进行研究(图2)。该居民区建于1954年(即德国首度保温条例实施之前),占地面积0.25km2,容积率0.38,共45栋建筑,总户数为1 308户,居住总面积为87 000m2,户均居住面积为66.5m2(低于德国90.1m2的居住标准)。2007年开始启动该地区的节能改造计划,涉及居民区的改造项目共30栋建筑(2008~2015年),其中16栋未改造、7栋部分改造、7栋整体改造,改造成本超过7 000万欧元,改造工作分为以下几个阶段进行。



2: 林特海姆居住区2011年鸟瞰图

2.1前期调研

改造团队对项目进行了前期调研,分析了项目优、劣势。优势:1)低租金(低于平均水平30%);2)交通基础设施完善(有轨电车、公共汽车、环线);3)充足的开放空间;4)毗邻学校、幼儿园。劣势:1)采暖成本高;2)维护不足;3)建筑外墙、窗户破旧;4)停车位短缺;5)噪音防护不足;6)无儿童、青少年休闲娱乐设施。之后进行了入户调研,分析结论如表1和图3所示。


 表1 调研成果

3:“卡尔斯鲁厄 林特海姆融合型居民区计划”分析图


2.2建立能源目标

在能源优化上,通过全新的优化途径,将能源供应总成本控制到最小。例如,能源控制与优化、非传统技术展示、技术经验评估等,旨在将总租金(房租+能源费用)降至最低。

2.3能源供应规划

2009年开始,在原节能法规的基础上,增加了一栋建筑热能需求的15%必须由太阳热能提供的要求。既有建筑改造在二期中增加了太阳热能的设施,其外线改造规划为:由分散式传统燃气供热改为利用周边工业余热热电联产集中供暖。全区直接供热管道长度为2.6km,成本为227万欧元。经测算,全区能源需求:1997年为14 200MWth/a2009年改造后为11 470MWth/a2015年为6 200MWth/a。项目按照传统燃气改造,其单位面积能源消耗为103KWhPE/m2CO2的排放量为25kg/m3(图45)。


4:集中供暖(热电联产、余热)概念图




5:埋地暖气管


集中供暖后,其单位面积的能源消耗为41KWhPE/m2CO2排放量为16kg/m3。集中供暖管直径50mm,埋地1m以下,供回水温度分别为70℃和40℃,与国内供回水温差20~25℃,热利用效率较高。

2.4建筑改造规划

考虑项目的可持续发展,改造分为三部分进行(图6):海尔布隆街27-3号为标准改造33-37号为“3升建筑”143-47号为实验性建筑3升建筑采用了干式地板采暖系统,地板为相变材料(PCM)板。考虑被动房设计,外墙真空材料板的导热系数为0.004W/m2·K),外窗U值(综合传热系数)为0.8W/m2·K),采用集中式太阳能玻璃管集热器(供生活热水)和分离式新风系统回收窗。实验性建筑在“3基础上,采用集中式且带有热回收功能的新风系统和分散式低温生活热水站。

6:改造规划分区示意图


2.5建筑构造设计的选择

维修中加建措施应满足实际需求,如加建阳台、电梯。在住区首层增设社区活动中心,通过增加水面和植被改善室外环境等。在节能方面,构造研究围绕以下几个重点。

2.5.1 建筑外保温

改进型发泡聚苯,添加石墨或铝颗粒作为红外吸收材料和反光材料,K值(传热系数)达到0.032W/m2·K),新型板材的密度仅为15kg/m3,在相同保温效果下能够节省1倍以上的材料。

采用真空保温,即由金属塑料膜保证真空,填充材料为经过高温处理的细沙。40mm厚的真空板K值为0.12W/m2·K)。但由于造价较高,该产品只适用于外窗周边空间等的保温。

2.5.2 外墙涂料

为减少外墙清洗频率,维护社区形象,采用了光催化自洁涂料,这种技术已经在玻璃上实现了长期应用,而且使用纳米技术使雨水可以冲刷掉外墙表面的有机污染化合物。

2.5.3 新型外窗

采用塑料和木材料铝窗框,其导热系数小于0.8W/m2·K)。铝包木材料在我国应用也较多,由于木材料的传热系数只有0.01W/m2·K),所以能够较好地控制窗体的总传热系数。但铝合金自身高强度的优势却不能完全发挥,并且工艺要求和成本都比较高,导致在改造项目中难以大规模使用(图7)。



7:木铝窗框构造


外窗均与外墙齐平安装,能够使U值降低10%~15%,该做法在目前推广的被动房建设中已经得到大范围应用,并取得显著效果。如图8所示,同等室温下,室内角部温度在采用外安装时为17.8℃,居中安装时则为16.3℃。


8:两种安装方式下室内角部温度对比


为减少外窗的开启次数,外窗设通风口用于自由进风,另外配备基本通风作为补充。采用PCM相变材料,其基本组成为石蜡和氢氧化盐,熔点为22~26℃,可以较长时间保持建筑的低温,减少空调耗电(图9)。




9:改造前后加阳台做法

2.5.4 增设外阳台

外阳台与主体结构脱开,通过外部新增钢柱作为支撑,最大程度减少了冷桥的部位。

2.6 改造成果

2.6.1 节能、减排

从采暖需求上,改造后热量需求为改造前的1/43升建筑和实验性建筑构造基本一致,差别在于新风热回收体现热效率,所以需求量变化不大(图10)。能源节约及温室气体减排相关的结果如图1112所示。



10:采暖需求量对比


11:能源节约对比



12:二氧化碳排放量对比

2.6.2 能效改造成本控制

通过卡尔斯鲁厄市林特海姆居民区改造案例分析(图1314),对我国下一步社区改造的建议如下:1)社区规模的能效提升可以达到接近被动房标准,但是所需费用较高,在设计初期应根据住区具体情况,与投资方沟通以明确设计目标;2)社区彻底的节能改造应根据改造住区周边的实际情况,融入到当地能源系统提升的工作中;3)社区功能性改造应在下一步工作中作为规定性安排,必须与特定社区吸引力的可持续提升相结合;4)社区发展需要特定改造社区内各利益相关方的共同行动。

13:海尔布隆街27-31 改造成本结构分析




14:热能结构图



3 结论

国内既有项目改造在前期阶段往往为政府任务书式改造,严重缺乏与使用者的沟通环节,涉及方在实施中无法形成良好的配合,难以实现改造的效果。在上层规划层面,既有建筑改造应有计划、有目标、分阶段进行。随着节能目标的不断深入以及技术手段的不断更新,应在改造中分阶段实施或预留下一步的改造条件。不应仅满足节能标准,还应该进一步探索实现定制化改造的途径。




作者简介:



何利文

中国建筑设计咨询有限公司绿色建筑设计研究院副总建筑师、高级建筑师、国家一级注册建筑师。

毕业于清华大学建筑学院,获硕士学位。主持负责完成了多项工程(当代万国城MOMAII10m2;广渠门外冠城名敦道60m2;朝阳门SOHOII15m2;四季酒店及公寓(25m2;昆明机场配套酒店4m2;慕田峪长城风景名胜区游客中心4万m2天津滨海新区中航大厦20m2;北京CBD核心区地下空间市政交通基础设施及配套工程项目52m2;珠海歌剧院海韵广场工程7m2等),获得过“建设部试点小区金奖”、“北京市优秀工程三等奖”等多个奖项。